Aus dem Rindenstück eines kalifornischen Mammutbaumes lässt sich eine komplette neue Pflanze entwickeln. Dies ist möglich, da jede Zelle das gesamte Erbgut enthält.

Von bestimmten, ganz begrenzten Fällen abgesehen, vermehren sich die pflanzlichen Zellkerne auf dem Weg der sogenannten mitotischen oder indirekten Teilung. Der Teilungsvorgang […] spielt sich in ziemlich komplizierter Weise ab, die aber notwendig erscheint, um die Substanz, des Mutterkerns völlig gleichmäßig auf die beiden Tochterkerne zu verteilen”

So beschrieb E. Strassburger den Prozess der pflanzlichen Zellteilung in seinem Werk “Zellbildung und Zellteilung”.

Bei Eukaryoten liegt die genetische Information im Zellkern. Das erste Stadium des neuen Lebewesens ist die befruchtete Eizelle, die Zygote, die bereits die gesamte Erbinformation enthält.

Der Zellkern ist im Mikroskop als linsenförmiges Organell zu erkennen, das von einer Doppelmembran umgeben ist. Im Inneren zeichnen sich ein bis mehrere stark lichtbrechende und damit dunkel erscheinende Kernkörperchen oder Nucleoli ab.
Die gut anfärbbaren Chromosomen sind während der Zellteilung sichtbar. Während der Interphase zwischen den Zellteilungen liegen die Chromosomen entspiralisiert als Chromatingerüst vor. Nur in diesem Zustand können die Erbanlagen abgelesen werden.

Das Erbgut aller Körperzellen ist identisch. Um dies zu erreichen bedarf es einer besonderen Zellteilung, die sicherstellt, dass der Genbestand sich nicht ändert. Vor der Teilung der ganzen Zelle erfolgt zunächst eine Kernteilung. Man spricht daher von einer indirekten Zellteilung (mitotische Zellteilung).

Die indirekte Teilung des Kerns heißt Mitose.

Die Mitose

Zellteilungen finden vor allem in wachsenden Geweben statt. Bei Pflanzen gibt es solche besonders in der Sprossspitze und in der Wurzelspitze.
Die Bedeutung der Mitose liegt in der schnellen Zellvermehrung unter quantitativer Weitergabe des unveränderten Erbguts.
So kann ein vielzelliger Organismus schnell durch Zellteilungen wachsen. Es gibt sogar Lebewesen, die sich über Mitosen ungeschlechtlich fortpflanzen. Ein Beispiel aus dem Tierreich sind die Blattläuse.

Die Dauer der Mitose kann sehr unterschiedlich sein. Bei der Taufliege ist die Mitose schon nach drei Minuten beendet, in den Milzzellen der Maus dauert eine Zellteilung mehr als eine Stunde.

Ablauf der Mitose

Die Mitose wird in vier Phasen unterteilt.

Prophase
Chromosomen schrauben sich zur Transportform auf. Der Nucleus verschwindet und in der späten Prophase wird die Kernmembran aufgelöst. Die Zentriolen wandern an die zukünftigen Spindelpole.

Metaphase
Spindelfasern heften sich an die Zentromere und die Chromosomen werden in Äquatiorialebene bewegt. Jedes Zentromer ist dabei mit den Spindelpolen verbunden.

Anaphase
Zentromere werden geteilt. Es erfolgt eine Trennung der 2-Chromatid-Chromosomen
in 1-Chromatid-Chromosomen. Die Tochterchromosomen (1-Chromatid-Chromosomen) werden zu den Spindelpolen bewegt. Bei der Mitose bleibt der Informationsgehalt der Tochterzellen identisch mit der der Mutterzelle.

Telophase
In der Telophase bilden sich nun neue Kerne an den Polen mit Nucleus und Kernmembran. Mit der Zytokinese ist die Mitose beendet.

Die Zeit, bis wieder eine Mitose auftritt, nennt man Interphase.
Den Lebensabschnitt einer Zelle aus Mitose und Interphase nennt man Zellzyklus.

Die Meiose

Höher entwickelte Pflanzen und Tiere pflanzen sich über Keimzellen fort. Bei der Befruchtung verschmelzen männliche und weibliche Keimzellen miteinander und es entsteht als erstes Stadium die Zygote mit doppeltem Chromosomensatz.
Um die Chromosomenanzahl konstant zu halten, muss der Chromosomensatz bei der Bildung der Geschlechtszellen vom doppelten auf den einfachen Satz reduziert werden. Das geschieht durch die meiotische Zellteilung

Der Ablauf der Meiose lässt sich in zwei Reifeteilungen unterteilen.
Bei der 1. Reifeteilung (Reduktionsteilung) erfolgt eine Trennung der Homologenpaare und Verteilung auf zwei Tochterzellen, womit der Chromosomensatz auf die Hälfte reduziert wird.
Die 2. Reifeteilung (Äquationsteilung) entspricht einer Mitose und lässt aus Zwei-Chromatid-Chromosomen Ein-Chromatid-Chromosomen unter Erhaltung der Chromosomenanzahl entstehen.

Ablauf der 1. Reifeteilung

Prophase 1

• dauert erheblich länger als die der Mitose
• Chromosomen lagern sich aneinander
• Umbau der Chromosomen kann erfolgen (crossing over)
• Gegen Ende der Prophase 1 teilt sich das Zentriol und der Spindelapparat bildet sich aus
• Kernkörperchen und Kernmembran lösen sich auf

Metaphase 1
Die Chromosomenpaare ordnen sich als Tetraden in der Äquatorialebene an.
Der Spindelapparat ist voll ausgebildet.
Wie bei der Mitose gibt es Pol-Pol und Pol-Zentromer-Fasern.

Anaphase 1
Die homologen Chromosomenpaare werden zu den Polen der Zelle gezogen.
Es kommt zur Reduktion des Chromosomensatzes.
Es erfolgt damit eie zufällige Auswahl, welches der Homologen zur einen oder zur anderen Seite gezogen wird.

Telophase 1
Es wird vorübergehend eine Kernmembran gebildet.
Die Zellen teilen sich unter Trennung des Zytoplasmas.

Es sind zwei Tochterzellen mit halbem Chromosomensatz entstanden. Die Chromosomen sind noch Zwei-Chromatid-Chromosomen. Nach einer kurzen Pause (Interkinese, keine Interphase) erfolgt die 2. Reifeteilung, die der Mitose entspricht.

Unterschiede zu Meiose und Mitose

Bedeutung
Mitose:
Identische Weitergabe der DNA
Herstellung von weiteren Zellen mit identischen Erbinformationen
Wachstum, Differenzierung, Regenerierung, Wundheilung, Organbildung

Meiose:
Produktion von befruchtungsfähigen Gameten
Reduktion von diploiden auf haploiden Chromosomensatz
Rekombination (crossing over, Zufallsverteilung)

Dauer
Mitose:
höchstens wenige Stunden

Meiose:
Tage oder Wochen

Ort des Ablaufs
Mitose:
Körperzellen in teilungsfähigen Geweben (Wachstumszonen)

Meiose:
Keimdrüsen